1 Objetivos

• Familiarizarse con el entorno de desarrollo de aplicaciones C en GNU/Linux.

• Revisar los fundamentos de C

• Familiarizarse con el uso de getopt para el tratamiento de opciones

• Familiarizarse con el manejo básico del shell e introducirse a su programación.

El archivo ficheros_p1.tar.gz contiene una serie de ficheros para la realización de algunos de los ejercicios de esta práctica.

2 Requisitos

Para poder realizar con éxito la práctica el alumno debe haber leído y comprendido los siguientes documentos facilitados por el profesor:

• Transparencias de clase de Introducción al entorno de desarrollo, que nos introduce al entorno GNU/Linux que utilizaremos en el laboratorio, y describe cómo trabajar con proyectos C con Makefile. Además continenen un repaso de los conocimientos de C necesarios para realizar con éxito las prácticas, haciendo especial hincapié en los errores que cometen habitualmente los estudiantes menos experimentados en el lenguaje C.

• Manual del laboratorio titulado Entorno de desarrollo C para GNU/Linux, que describe las herramientas que componen el entorno de desarrollo que vamos a utilizar, así como las funciones básicas de la biblioteca estándar de C que los alumnos deben conocer.

• Presentación “Introducción a Bash” y las video lecciones asociadas, que presentan una breve introducción al interprete de órdenes (shell) Bash.

3 Ejercicios

Ejercicio 1

En el directorio ejercicio1 de los ficheros para la práctica ( ficheros_p1.tar.gz) hay una serie de subdirectorios con códigos de pequeños programas de C que pretenden poner de manifiesto algunos de los errores frecuentes que comenten los programadores con poca experiencia con C así como familiarizar al estudiante con las herramientas básicas de compilación que se usan en un entorno Linux.

Para cada directorio se proporciona una serie de tareas y preguntas que deberás responder, para las cuales tendrás que examinar y probar los ejemplos proporcionados. Consulta el manual del entorno para saber como utilizar el compilador. Puedes utilizar vscode como editor.

1. Compilación.
   • Compila el código del ejercicio y ejecútalo
   • Obtén la salida de la etapa de pre-procesado (opción -E o la opción –save-temps para obtener la salida de todas las etapas intermedias) y en un fichero hello2.i
   • ¿Qué ha ocurruido con la “llamada a min()” en hello2.i?
   • ¿Qué efecto ha tenido la directiva #include <stdio.h>?
2. Herramienta make.
   • Examina el makefile, identifica las variables definidas, los objetivos (targets) y las regalas.
   • Ejecuta make en la linea de comandos y comprueba las ordenes que ejecuta para construir el proyecto.
   • Marca el fichero aux.c como modificado ejecutando touch aux.c. Después ejecuta de nuevo make. ¿Qué diferencia hay con la primera vez que lo ejecutaste? ¿Por qué?
   • Ejecuta la orden make clean. ¿Qué ha sucedido? Observa que el objetivo clean está marcado como phony en la directiva .PHONY: clean. ¿por qué? Para comprobarlo puedes comentar dicha línea del makefile, compilar de nuevo haciendo make, y después crear un fichero en el mismo directorio que se llame clean, usando el comando touch clean. Ejecuta ahora make clean, ¿qué pasa?
   • Comenta la linea LIBS = -lm poniendo delante una almoadilla (#). Vuelve a contruir el proyecto ejecutando make (haz un clean antes si es necesario). ¿Qué sucede? ¿Qué etapa es la que da problemas?
3. Tamaño de variables. Compila y ejecuta el código de cada uno de los ejemplos proporcionados y responde a las preguntas proporcionadas para ellos.
   • main1.c
     • ¿Por qué el primer printf() imprime valores distintos para ‘a’ con los modificadores %d y %c?
     • ¿Cuánto ocupa un tipo de datos char?
     • ¿Por qué el valor de ‘a’ cambia tanto al incrementarlo en 6? (la respuesta está relacionada con la cuestión anterior)
     • Si un “long” y un “double” ocupan lo mismo, ¿por qué hay 2 tipos de datos diferentes?
   • main2.c
     • ¿Tenemos un problema de compilación o de ejecución?
     • ¿Por qué se da el problema?. Soluciónalo, compila y ejecuta de nuevo.
     • a,b,c, y x están declaradas de forma consecutiva. ¿Son sus direcciones concesutivas?
     • ¿Qué significa el modificar “%lu” en printf()?
     • ¿A qué dirección apunta “pc”? ¿Coincide con la de alguna variable anteriormente declarada? Si es así, ¿Coinciden los tamaños de ambas?
     • ¿Coincide el valor del tamaño de “array1” con el número de elementos del array? ¿Por qué?
     • ¿Coinciden las direcciones a la que apunta str1 con la de str2?
     • ¿Por qué los tamaños (según sizeof()) de str1 y str2 son diferentes?
4. Arrays. Compila y ejecuta el código de los ejemplos proporcionados y responde a las preguntas propuestas para cada uno de ellos.
   • array1.c
     • ¿Por qué no es necesario escribir “&list” para obtener la dirección del array list?
     • ¿Qué hay almacenado en la dirección de “list”?
     • ¿Por qué es necesario pasar como argumento el tamaño del array en la función init_array?
     • ¿Por qué el tamaño devuelto por sizeof() para el array de la función “init_array” no coincide con el declarado en main()?
     • ¿Por qué NO es necesario pasar como argumento el tamaño del array en la función init_array2?
     • ¿Coincide el tamaño devuelto por sizeof() para el array de la función “init_array2” con el declarado en main()?
   • array2.c
     • ¿La copia del array se realiza correctamente? ¿Por qué?
     • Si no es correcto, escribe un código que sí realice la copia correctamente.
     • Descomenta la llamada a la fución “tmo” en la función main(). Compila de nuevo y ejecuta.
     • El problema que se produce, ¿es de compilación o de ejecución? ¿Por qué se produce?
     • Encuentra un valor de MAXVALID superior a 4 con el que no se dé el problema. ¿Se está escribiendo más allá del tamaño del array? Si es así, ¿por qué funciona el código?
5. Punteros. Compila y ejecuta el código de los ejemplos y responde a las cuestiones proporcionadas para cada uno de ellos.
   • punteros1.c
     • ¿Qué operado utilizamos para declarar una variable como un puntero a otro tipo?
     • ¿Qué operando utilizamos para obtener la dirección de una variable?
     • ¿Qué operando se utiliza para acceder al contenido de la dirección “a la que apunta” un puntero?
     • Hay un error en el código. ¿Se produce en compilación o en ejecución? ¿Por qué se produce?
   • punteros2.c
     • ¿Cuántos bytes se reservan en memoria con la llamada a malloc()?
     • ¿Cuál es la dirección del primer y último byte de dicha zona reservada?
     • ¿Por qué el contenido de la dirección apuntada por “ptr” es 7 y no 5 en el primer printf()?
     • ¿Por qué se modfica el cnotenido de ptr[1] tras la sentencia *ptr2=15;?
     • Indica dos modos diferentes de escribir el valor 13 en la dirección correspondiente a ptr[100].
     • Hay un error en el código. ¿Se manifiesta en compilación o en ejecución? Aunque no se manifieste, el error está. ¿Cuál es?
   • punteros3.c
     • ¿Por qué cambia el valor de ptr[13] tras la asignación ptr = &c;?
     • El código tiene (al menos) un error. ¿Se manifiesta en compilación o en ejecución? ¿Por qué?
     • ¿Qué ocurre con la zona reservada por malloc() tras a asignación ptr = &c;? ¿Cómo se puede acceder a ella? ¿Cómo se puede liberar dicha zona?
6. Funciones. Compila y ejecuta el código de cada uno de los ejemplos proporcionados y responde a las cuestiones proporcionadas para cada uno de ellos.
   • arg1.c
     • ¿Por qué el valor de xc no se modifica tras la llamada a sumC? ¿Dónde se modifca esa información?
     • Comenta las dos declaraciones adelantadas de sum() y sumC(). Compila de nuevo, ¿Qué ocurre?
   • arg2.c
     • ¿Por qué cambia el valor de ‘y’ tras la llamada a suma()?
     • ¿Por qué en ocasiones se usa el operador ‘.’ y en otras ‘->’ para acceder a los campos de una estructura?
     • ¿Por qué el valor de zc pasa a ser incorrecto sin volver a usarlo en el código?
     • Corrije el código para evitar el error producido en zc
7. Cadenas de caracteres (strings). Compila y ejecuta el código de cada uno de los ejemplos proporcionados y responde a las cuestiones proporcionadas para cada uno de ellos.
   • strings1.c
     • El código contiene un error. ¿Se manifiesta en compilación o en ejecución? ¿Por qué se produce? Soluciona el error comentando la(s) línea(s) afectadas. Vuelve a compilar y ejecutar.
     • ¿En qué dirección está la letra ‘B’ de la cadena Bonjour? ¿Y la de la la letra ‘j’?
     • Tras la asignación p=msg2;, ¿cómo podemos recuperar la dirección de la cadena “Bonjour”?
     • ¿Por qué la longitud de las cadenas p y msg2 es 2 tras la línea 30? Se asignan 3 bytes a ‘p’ que modifican a ambos, pero luego la longitud es sólo 2.
     • ¿Por qué strlen() devuelve un valor diferente a sizeof()?
   • strings2.c
     • El código de “copy” no funciona. ¿Por qué?
     • Usa ahora la función copy2() (descomenta la línea correspondiente). ¿Funciona la copia?
     • Propón una implementación correcta de la copia.
     • ¿Qué hace la función “mod”? ¿Por qué funciona?
     • Descomenta la última llamada a la función “mod”. Compila y ejecuta. ¿Por qué se produce el error?

Ejercicio 2

El programa primes cuyo código fuente se muestra a continuación, ha sido desarrollado para calcular la suma de los n primeros números primos. Lamentablemente, el programador ha cometido algunos errores. Utilizando el depurador de C gdb el alumno debe encontrar y corregir los errores. Compilar directamente en línea de comandos: gcc -g -w -o primes primes.c

/**
 *  This program calculates the sum of the first n prime
 *  numbers. Optionally, it allows the user to provide as argument the
 *  value of n, which is 10 by default.
 */
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

/**
 * This function takes an array of integers and returns the sum of its n elements.
 */
int sum(int *arr, int n);

/**
 * This function fills an array with the first n prime numbers.
 */
void compute_primes(int* result, int n);

/**
 * This function returns 1 if the integer provided is a prime, 0 otherwise.
 */
int is_prime(int x);

int main(int argc, char **argv) {

  int n = 10; // by default the first 10 primes
  if(argc = 2) {
    atoi(argv[2]);
  }
  int* primes = (int*)malloc(n*sizeof(int));
  compute_primes(primes, n);

  int s = sum(primes, n);
  printf("The sum of the first %d primes is %d\n", n, s);

  free(primes);
  return 0;
}

int sum(int *arr, int n) {
  int i;
  int total;
  for(i=0; i<n; i++) {
    total =+ arr[i];
  }
  return total;
}

void compute_primes(int* result, int n) {
  int i = 0;
  int x = 2;
  while(i < n) {
    if(is_prime(x)) {
      result[i] = x;
      i++;
      x += 2;
    }
  }
  return;
}

int is_prime(int x) {
  if(x % 2 == 0) {
    return 0;
  }
  for(int i=3; i<x; i+=2) {
    if(x % i == 0) {
      return 0;
    }
  }
  return 1;
}

Ejercicio 3

TODO (Nacho): Nuevo ejercicio de getopt sólo

Ejercicio 4

Estudiar el código y el funcionamiento del programa show-passwd.c, que lee el contenido del fichero del sistema /etc/passwd e imprime por pantalla (o en otro fichero dado) las distintas entradas de/etc/passwd –una por línea–, así como los distintos campos de cada entrada. El fichero /etc/passwd almacena en formato de texto plano información esencial de los usuarios del sistema, como su identificador numérico de usuario o grupo así como el programa configurado como intérprete de órdenes (shell) predeterminado para cada usuario. Para obtener más información sobre este fichero se ha de consultar su página de manual: man 5 passwd

El modo de uso del programa puede consultarse invocándolo con la opción -h:

$ ./show-passwd -h
Usage: ./show-passwd [ -h | -v | -p | -o <output_file> ]

Las opciones -v y -p, permiten configurar el formato en el que el programa imprime la información de /etc/passwd. Las citadas opciones activan respectivamente el modo verbose(por defecto) o pipe. La opción -o, que acepta un argumento obligatorio, permite selecionar un fichero para la salida del programa alternativo a la salida estándar.

Uno de los principales objetivos de este ejercicio es que el estudiante se familiarize con tres funciones muy útiles empleadas por el programa show-passwd.c , y cuya página de manual debe consultarse:

•   int sscanf(const char *s, const char *format, ...);

Variante de scanf() que permite leer con formato a partir de un buffer de caracteres pasado como primer parámetro (s) . La función almacena en variables del programa, pasadas como argumento tras la cadena de formato, el resultado de convertir los distintos “tokens” de s de ASCII a binario.

•   char *strsep(char **stringp, const char *delim);

Permite dividir una cadena de caracteres en tokens, proporcionando como segundo parámetro la cadena delimitadora de esos tokens. Como se puede observar en el programa show-passwd.c, esta función se utiliza para extraer los distintos campos almacenados en cada línea del fichero /etc/passwd, que están separados por ":". La función strsep() se usa típicamente en un bucle, que para tan pronto como el token devuelto es NULL. El primer argumento de la función es un puntero por referencia. Antes de comenzar el bucle, *stringp debe apuntar al comienzo de la cadena que deseamos procesar. Cuando strsep() retorna, *stringp apunta al resto de la cadena que queda por procesar.

•   int getopt(int argc, char *const argv[], const char *optstring);

  Esta función es la más sofisticada de las tres, y permite procesar cómodamente las distintas opciones de la línea de comando que acepta un programa C. La función suele invocarse desde main(), y sus dos primeros parámetros coinciden con los argumentos argc y argv pasados a main(). El parámetro optstring sirve para indicar de forma compacta a getopt() cuáles son las opciones que el programa acepta –cada una identificada por una letra–, y si éstas a su vez aceptan parámetros obligatorios u opcionales.

El estudiante deberá familiarizarse con esta función mediante el estudio del código fuente del programa, y la consulta de la página de manual de getopt(): man 3 getopt

Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

1. La función getopt() se usa en combinación con un bucle, que invoca tantas veces la función como opciones ha pasado el usuario en la línea de comandos. Cada vez que la función se invoca y encuentra una opción, getopt() retorna el caracter correspondiente a dicha opción. Por lo tanto, dentro del bucle suele emplearse la construcción switch-case de C para llevar a cabo el procesamiento de las distintas opciones.

2. Un aspecto particular de la función getopt() es que establece el valor de distintas variables globales tras invocarse, siendo las más relevantes las siguientes:

   • char* optarg: almacena el argumento pasado a la opción actual reconocida, si ésta acepta argumentos. Si la opción no incluye un argumento, entonces optarg se establece a NULL
   • int optind: representa el índice del siguiente elemento en el argv (elementos que quedan sin procesar). Se usa frecuentemente para procesar argumentos adicionales del programa que no están asociados a ninguna opción. Veremos un ejemplo de ello en la siguiente práctica, cuando hagamos un programa, además de las opciones cortas, reciba como argumento una lista de registros de estudiantes que deberá procesar el programa.

Responda a las siguientes preguntas:

1. Para representar cada una de las entradas del fichero /etc/passwd se emplea el tipo de datos passwd_entry_t (estructura definida en defs.h). Nótese que muchos de los campos almacenan cadenas de caracteres definidas como arrays de caracteres de longitud máxima prefijada, o mediante el tipo de datos char*. La función parse_passwd(), definida en show-passwd.c es la encargada de inicializar los distintos campos de la estructura. ¿Cuál es el propósito de la función clone_string() que se usa para inicializar algunos de los citados campos tipo cadena? ¿Por qué no es posible en algunos casos simplemente copiar la cadena vía strcpy() o realizando una asignación campo=cadena_existente;? Justifique la respuesta.

2. La función strsep(), utilizada en parse_passwd(), modifica la cadena que se desea dividir en tokens. ¿Qué tipo de modificaciones sufre la cadena (variable line) tras invocaciones sucesivas de strsep()? Pista: Consúltese el valor y las direcciones de las variables del programa usando el depurador.

Realice las siguientes modificaciones en el programa show-passwd.c:

• Consulta la página de manual de la función strdup de la biblioteca estándar de C. Intenta utilizar esta función como reemplazo de clone_string().

• Añada la opción -i <inputfile> para especificar una ruta alternativa para el fichero passwd. Hacer una copia de /etc/passwd en otra ubicación para verificar el correcto funcionamiento de esta nueva opción.

• Implemente una nueva opción -c en el programa, que permita mostrar los campos en cada entrada de passwd como valores separados por comas (CSV) en lugar de por ":".

Ejercicio 5

En este ejercicio vamos a practicar la programación en bash que haga uso de la orden interna read (consulta help read) para procesar ficheros línea a línea:

read [-ers] [-a array] [-d delim] [-i text] [-n nchars] [-N nchars] [-p prompt] [-t timeout] [-u fd] [name ...]

Este comando lee una línea de la entrada estándar, la descompone en palabras, y asigna la primera palabra a la primera variable de la lista de nombres, la segunda a la segunda variable y así sucesivamente.

Si queremos unsar un delimitador especial para separar palabras podemos hacerlo asignando valor a la variable IFS antes de usar la operación read. Por ejemplo, para leer palabras separadas por ‘:’ usaríamos la forma:

while IFS=':' read var1 var2 ... ;
do
    # cualquier cosa con $var1, $var2
done

Y si no queremos leer de la entrada estándar, podemos redirigir la entrada de todo el bucle a un fichero:

while IFS=':' read var1 var2 ... ;
do
    # cualquier cosa con $var1, $var2
done < fichero

Utilizar read para crear un pequeño script que haga lo mismo que el programa anterior ‘show-passwd’ (con sus opciones por defecto), es decir: - lea el fichero /etc/passwd - parsee sus entradas formadas por líneas con palabras separadas por ‘:’ - muestre cada entrada por la salida estándar con el mismo formato que el programa ‘show-passwd’.

Para obtener salida con formato en bash consultar la opción -e de echo (man echo). Alternativa mente puede usarse la utilidad printf (man 1 printf).

Una vez echo esto, modificar el script para que sólo se muestren aquellas entradas del fichero /etc/passwd en las que el home del usuario sea un subdirectorio de /home. Para ello resultará muy útil el uso del comando dirname (man dirname) y el uso de la estructura de control de flujo if junto con el programa test o el programa [.

Finalmente, intenta obtener una orden bash, combinando los comandos cut y grep, que permita obtener del fichero /etc/passwd todos los homes que empiecen por /home. Consulta las páginas de manual de cut y grep y revisa el uso de pipes (‘|’) para combinar comandos del shell.